Lỗ đen là gì? Thực tế, lý thuyết và định nghĩa

0
44

Lỗ đen là một trong số những đối tượng cuốn hút & lạ lùng nhất được phát hiện trong không gian ngoài kia. Chúng là những vật thể vô cùng đặc, với lực cuốn hút mạnh đến nỗi ngay cả ánh sáng cũng chẳng thể thoát khỏi chúng nếu đến đủ gần.

Albert Einstein là người trước hết tiênđoán về các lỗ đen năm 1916 với thuyết tương đối tổng quát. Thuật ngữ “lỗ đen” được đề ra năm 1967 bởi nhà thiên văn học người Mỹ John Wheeler, & lỗ đen trước hết được phát hiện năm 1971.

Có ba loại lỗ đen: lỗ đen sao, lỗ đen siêu nặng (siêu đồ sộ), & lỗ đen bình quân.

Lỗ đen sao – những vật thể nhỏ nhưng đưa sức mạnh cái chết

Khi một người nổi tiếng đốt cháy hết nhiên liệu, nó có thể khởi đầu công cuộc suy sụp. So với những người nổi tiếng nhỏ, có khối lượng nhỏ hơn 3 lần khối lượng Mặt Trời, lõi mới chào đời sẽ là một sao neutron hoặc một sao lùn trắng. Nhưng khi một người nổi tiếng to hơn suy sụp, nó sẽ co lại để tiến đến tạo nên một lỗ đen sao.

Các lỗ đen chào đời bởi sự suy sụp của các người nổi tiếng đơn lẻ sẽ tương đối nhỏ, nhưng lại vô cùng sóng sánh. Mỗi một vật thể như thế sẽ đóng gói hơn 3 lần khối lượng Mặt Trời vào một kích cỡ chỉ tương tự một tp. Những lỗ đen này hút bụi & khí từ các khu vực xoay quang chúng & tăng dần kích cỡ.

Theo Trọng tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian, “Dải Ngân Hà chứa một vài trăm triệu” lỗ đen sao như thế.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!Hình vẽ miêu tả một lỗ đen trẻ trong vũ trụ. Credit: NASA/JPL-Caltech.

XEM THÊM  Vì Sao Thiên Hà Của Chúng Ta Có Tên Gọi Milky Way Là Gì ? Vì Sao Thiên Hà Của Chúng Ta Có Tên Gọi Milky Way

Lỗ đen siêu đồ sộ – Con quái thú đồ sộ trong vũ trụ

Các lỗ đen nhỏ thông dụng trong vũ trụ, nhưng người anh em họ của chúng, các lỗ đen siêu đồ sộ, lại chiếm ưu điểm. Các lỗ đen siêu đồ sộ lớn gấp hàng triệu, thậm chí là hàng tỷ lần khối lượng Mặt Trời, nhưng chỉ có kích cỡ tương tự với Mặt Trời mà thôi. Mỗi lỗ đen như thế được nghĩ rằng nằm ở khu vực trọng tâm của đa số các thiên hà, bao gồm cả Dải Ngân Hà của các bạn.

Các nhà khoa học vẫn chưa chắc rằng việc làm thế nào những lỗ đen lớn lao như thế được chào đời. Một khi chúng đã tạo ra, chúng có thể đơn giản thu thập khối lượng từ bụi & khí xoay quang chúng, lượng vật chất dồi dào ở tâm các thiên hà cho phép chúng tiến triển đến kích cỡ đồ sộ.

Các lỗ đen siêu đồ sộ có thể là kết quả của hàng trăm hay hàng ngàn các lỗ đen nhỏ phối hợp lại với nhau. Các đám mây khí lớn có thể cũng là nguồn gốc tạo dựng lỗ đen siêu đồ sộ khi suy sụp lại & lập tức tăng khối lượng. Khả năng thứ ba là sự suy sụp của một cụm sao, là một nhóm các người nổi tiếng bị ràng buộc bởi cuốn hút với nhau.

Lỗ đen kích cỡ bình quân – bị mắc kẹt ở giữa

Một lỗ đen khối lượng bình quân (intermediate-mass black hole – IMBH) là một lớp giả thuyết của lỗ đen có khối lượng trong khoảng từ 100 đến 1 triệu khối lượng Mặt Trời: to hơn đáng kể đối với các lỗ đen sao nhưng bé hơn lỗ đen siêu đồ sộ.

Các nhà khoa học từng cho là các lỗ đen chỉ hiện ra với kích cỡ nhỏ hoặc lớn, nhưng các tìm hiểu gần đây đã bật mý khả năng tồn tại của lỗ đen kích cỡ bình quân. Mỗi lỗ đen như thế có thể chào đời khi các người nổi tiếng trong một cụm sao va chạm trong một phản ứng dây chuyền. Một số lỗ đen loại này tạo dựng trong cùng khu vực có thể cuối cùng rơi vào nhau ở tâm thiên hà để tạo nên một lỗ đen siêu đồ sộ.

XEM THÊM  Tình yêu là gì? Định nghĩa và quan điểm về tình yêu đúng nhất

Năm 2014, các nhà thiên văn học phát hiện thứ hình như là một lỗ đen khối lượng bình quân trong cánh tay của một thiên hà xoắn ốc.

“Các nhà thiên văn học đã từng tìm kiếm rất vất vả những lỗ đen kích thước trung bình,” Tim Roberts (Đại học Durham, Vương quốc Anh) phát biểu.

“Đã có gợi ý rằng chúng tồi tại, nhưng các lỗ đen trung bình đã hoạt động như là một người thân mất tích từ lâu và chẳng được quan tâm tìm kiếm.”

Lý thuyết lỗ đen

Các lỗ đen có khối lượng vô cùng lớn, nhưng chỉ chiếm một khu vực rất nhỏ. Bởi vì mối liên hệ giữa khối lượng & cuốn hút, nên chúng có lực cuốn hút vô cùng khỏe khoắn. Hầu hết không có gì có thể thoát khỏi chúng – theo vật lý cổ kính, thậm chí ánh sáng cũng bị giữ lại bởi một lỗ đen.

Mỗi một lực kéo mạnh đều tạo ra một vấn đề liên quan đến xem xét khi nó đến với các lỗ đen – các nhà khoa học chẳng thể “nhìn thấy” chúng theo cách mà họ chứng kiến các người nổi tiếng & các vật thể khác trong vũ trụ. Trong thực tiễn, các nhà khoa học phải dựa trên các bức xạ phát ra khi bụi & khí bị hút vào các cấu tạo đặc. Các lỗ đen siêu đồ sộ, nằm ở tâm của thiên hà, có thể bị bao phủ bởi lớp bụi & khí dày đặc xoay quang, là thứ có thể chặn các bức xạ phát ra.

Thỉnh thoảng vật chất bị hút vào một lỗ đen, nó bị tóm gọn khỏi chân mây buổi lễ & bị ném ra ngoài, chứ không phải là bị nuốt vào bên trong. Những luồng vật chất sáng di chuyển ở vận tốc gần tương đối tính được tạo dựng. Mặc dầu lỗ đen bản thân nó là chẳng thể chứng kiến, thì nhưng luồng sáng mạnh đó lại có thể xem xét được từ khoảng cách rất xa.

XEM THÊM  báo cáo thực tập tại bệnh viện đa khoa Vĩnh Phúc

Các lỗ đen có ba “lớp” – bên ngoài, bên trong chân mây buổi lễ & điểm kỳ dị.

Chân mây buổi lễ của một lỗ đen là ranh giới xoay quang miệng của lỗ đen, là nơi mà ánh sáng bị mất khả năng thoát khỏi lỗ đen. Khi một hạt đã đi ngang qua chân mây buổi lễ, nó chẳng thể thoát ra được. Cuốn hút là không đổi trên chân mây buổi lễ.

Khu vực bên trong của một lỗ đen, nơi chứa khối lượng của nó, được gọi là điểm kỳ dị, 1 điểm duy nhất trong không thời gian chăm chú khối lượng của lỗ đen.

Theo cơ học cổ kính của vật lý, không gì có thể thoát khỏi một lỗ đen. Không những thế, mọi thứ biến đổi đôi chút khi cơ học lượng tử được thêm vào trong phương trình. Theo cơ học lượng tử, mỗi hạt đều có một phản hạt, là một hạt có cùng khối lượng nhưng ngược dấu vết điện. Khi chúng gặp nhau, cặp hạt – phản hạt có thể bài trừ lẫn nhau.

Nếu một cặp hạt – phản hạt được tạo thành chỉ ngay đằng sau ranh giới chân mây buổi lễ của một lỗ đen, thì có khả năng một hạt sẽ bị rơi vào lỗ đen trong lúc hạt sót lại bị bắn ra ngoài. Kết quả là chân mây buổi lễ của lỗ đen có thể thu nhỏ lại & các lỗ đen có thể bị phân rã, một công cuộc bị loại bỏ theo cơ học cổ kính.

Các nhà khoa học vẫn đang tìm hiểu để hiểu các phương trình về sự hoạt động của lỗ đen.

Theo Space

Người đăng:

Hien PHAN

Cựu member CLB Thiên văn học Đà Nẵng – DAC; tìm hiểu viên tại khoa Vũ trụ & Áp dụng, trường Đại học Khoa học & Công nghệ Hà Nội – USTH (Đại học Việt Pháp).


Xem thêm bài viết thuộc chuyên mục: Khoa học vũ trụ